陈立科,徐秋香,孟国成,李强,吴波

椎板切除术后,往往在椎板缺损处形成大量的瘢痕组织,称为椎板切除膜(laminectomy membrane),瘢痕与硬膜及神经根粘连,牵扯、压迫、卡压神经而引起严重的疼痛,导致下腰部手术失败综合征(FBSS)[1]。有效预防硬膜周围瘢痕组织形成与粘连是目前的热点和重点,也是骨科领域亟待解决的难题之一。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组 SD大鼠48只,雌雄不限,体重250～300 g。随机分成4组,每组12只。A组为生理盐水对照组,B组为川芎嗪组,C组为自体骨膜组,D组为川芎嗪加自体骨膜组。

1.2 实验方法 实验动物用10%水合氯醛0.30 ml/100 g腹腔注射全麻,俯卧于特制的木板上,手术野常规络合碘液消毒皮肤,铺巾,以L2为中心,切开皮肤约5 cm及筋膜,钝性分离骶棘肌,显露L2椎板,以牙科打磨电钻于L2椎板处开窗约3.0×3.0 mm。椎板切除损伤模型建立完成。C、D组于左胫骨上段取自体骨膜约4.0×4.0 mm。A组在硬膜外涂布生理盐水0.5 ml,B组在硬膜外涂布川芎嗪0.5 ml,C组在椎板缺损处植入自体骨膜,D组在硬膜外涂布川芎嗪0.5 ml后再在椎板缺损处植入自体骨膜。各组处理后缝合切口,术后用络合碘消毒切口,回笼饲养。术后12周处死,取出标本进行观察。

1.3 检测方法

1.3.1 粘连性状 肉眼观察椎板外瘢痕及手术段椎板形成情况;再取出手术段以10%甲酸-福尔马林固定48 h,脱钙2周,锐刀纵形切开,观察瘢痕组织的致密度,瘢痕组织与硬膜粘连,硬膜受压、变形及神经根活动情况。粘连情况根据改良的Rydell和Balazs[2]标准进行粘连韧度评分。

1.3.2 生化检查 每组动物经解剖观察后,用空心穿刺针(直径2 mm),在椎板与硬膜之间取长5 mm的组织块,经脱水、水解,制成检测液。按王秋根等[3]的原理和方法,推算胶原含量。

1.3.3 组织学检查 每组标本经生化检查后,分别脱水和石腊包埋,每段横切片4张,厚约3 μ m,其中2张分别行HE染色,普通光镜观察,按改良Nussbanm标准[4]行组织学评分。

1.4 统计学方法 采用方差分析中的q检验,显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 粘连性状 A组在椎板切除部位有大量瘢痕形成,硬膜与瘢痕组织粘连,硬膜后方瘢痕组织对硬膜囊产生压迫,硬膜与瘢痕难以分离;强行分离,硬膜不完整,神经根有卡压、牵拉,神经根活动度差。B组椎板切除部位瘢痕组织较少,硬膜与椎板之间瘢痕疏松,硬膜与瘢痕可分离;分离后硬膜仍可保持完整,硬膜囊稍有变形。C组椎板切除后部有较多瘢痕组织,椎板缺损处被纤维软骨替代,质地较硬,硬膜与椎板之间有少量纤维组织增生,硬膜有轻度粘连,纤维组织对硬膜囊无明显卡压,神经根活动度可。D组椎板切除部位瘢痕组织较少,椎板缺损被纤维软骨替代,其与周围椎板结合较牢固,质地较硬,硬膜与椎板之间无明显瘢痕组织,硬膜无粘连、牵拉、变形,神经根无卡压、牵拉,活动度可。改良Rydell-Balazs粘连韧度评分结果见表1。

2.2 生化检查 用穿刺针在椎板与硬膜之间取同等量的组织块,测量硬膜外胶原含量,结果见表1。

2.3 组织学检查 A组在椎板缺损处有大量致密的纤维细胞,有玻璃样变,纤维组织在硬膜后方紧贴两侧包绕至侧前方,硬膜粘连、牵拉明显,纤维组织对硬膜囊压迫严重,使硬膜囊明显变形,硬膜囊与椎板之间无明显间隙,紧邻骨缺损的边缘有编织骨出现,但炎性细胞增生不明显(封三彩图2.1、图2.2)。B组在硬膜的后方有少量瘢痕组织增生,并有较轻的炎性细胞浸润,异物反应轻,川芎嗪已被降解吸收,硬膜与瘢痕之间有空隙,纤维细胞少量增生,体积小。硬膜与纤维组织有轻度粘连(封三彩图2.3、图2.4)。C组椎板外纤维组织较致密,硬膜外纤维组织少,硬膜粘连轻,无明显牵拉,硬膜囊无压迫,无明显炎症细胞,椎板缺损处大部分被纤维骨替代,纤维软骨中有较多骨母细胞(封三彩图2.5、图2.6)。D组硬膜外未见明显纤维组织,硬膜无粘连、牵拉,硬膜囊无压迫,无明显炎症细胞浸润,椎板缺损处基本被纤维软骨替代,纤维软骨中有较多骨母细胞(封三彩图2.7、图2.8)。改良Nussbaum组织学评分见表1。

3 讨论

瘢痕组织形成是椎板切除术后组织缺损区修复的必然产物。通常在术后2～3 d,成纤维细胞在炎性介质、生长因子的趋化作用下,出现在椎板缺损区;术后5～6 d开始生成胶原,产生胶原纤维;约4周后,成纤维细胞转变为纤维细胞,瘢痕开始退行性变,趋向成熟[6]。1948年,Key等首次提出椎间盘摘除术后硬膜周围粘连是由于术中损伤了纤维环所致[7]。1974年,Larocca等指出硬膜的粘连主要由于损伤的骶棘肌粗糙面的成纤维细胞侵入肌间血肿而引起[8]。进入90年代,Songer等研究发现,损伤的纤维环、后纵轫带及骶棘肌均可导致硬膜和神经根周围的粘连,提出粘连形成的三维立体学说[9]。许多学者认为,用流体物质涂沫于硬脊膜上来防止硬膜外粘连是最理想的材料[10]。本实验粘连的形成主要源于椎管后方的创伤、血肿和纤维母细胞的增殖,因而创伤-血肿-纤维母细胞的增生-瘢痕与硬膜的接触可能是形成硬膜粘连的基本环节。

表1 各组观察指标比较

川芎嗪,化学名为2,3,5,6四甲基吡嗪,简称四甲基吡嗪(tetramethylpyrazine,TMP),是我国传统医学中具有活血化瘀作用,同时又可理气、疏风止痛的中药川芎所含的一种生物碱。近年来相关文献报道,川芎嗪的药理作用主要有:扩张血管;轻度降压;改善组织微循环,提高组织血流灌注;抑制血小板黏附聚集和血栓形成;抑制平滑肌细胞和成纤维细胞增生;调节脂质代谢、抗脂质过氧化;调节免疫作用[11]。抗组织纤维化及抑制血小板黏附聚集是川芎嗪药理作用的一个重要方面,对肺纤维化和肝纤维化[12]皆有一定的治疗作用。有学者发现,将含川芎嗪的培养液加入增生性瘢痕成纤维细胞中培养增生性瘢痕成纤维细胞,结果表明,川芎嗪能明显抑制瘢痕成纤维细胞增生[13]。其作用机制涉及抗炎症反应,改善组织血供,抑制成纤维细胞核分裂和增殖,降低成纤维细胞的DNA和胶原合成等方面。其对成纤维细胞中Ⅰ、Ⅲ型前胶原mRNA的表达亦有一定调节作用。目前川芎嗪在心、脑血管及抗肿瘤方面研究较多,对预防硬膜外瘢痕研究鲜有文献报道。本实验中经应用川芎嗪,发现硬膜外瘢痕组织明显减少,硬膜囊无明显牵拉、卡压、变形,其防粘连效果明显优于对照组。

骨膜是覆盖在骨外表面的一层致密结缔组织膜,由纤维层和生发层组成。生发层具有成骨能力,其细胞成分有骨祖细胞、成骨细胞和血管内皮细胞[14]。自从Ollier提出游离骨膜移植能存活成骨的观点以来,骨膜移植治疗骨缺损的研究逐步得到重视和发展,为临床治疗骨不连、骨缺损提供了一个新的有效方法[15-16]。有研究显示,临床上用骨膜移植修复先天性上颌缺损以及进行脊柱融合均获成功,且与传统脊柱融合法相比,游离骨膜移植可避免诸如术后椎管狭窄等并发症[17]。游离骨膜移植后成骨原因为:①植入的骨膜提供了大量能直接成骨的骨膜细胞,使骨的形成从开始到愈合都处在活跃状态;②骨膜在骨缺损处直接呈膜内成骨,成骨较快;③骨膜的组成成分中含有对骨形态发生蛋白(BMP)高度敏感的可诱导的成骨前体细胞[18]。

也有研究表明,骨膜和软骨膜是同源组织,骨膜生发层间充质细胞具有多向分化能力,其分化受局部氧环境和局部应力的影响[19]。氧张力高及局部应力较小的环境能促使间充质细胞向成骨细胞转化,反之向成软骨细胞分化。腰椎椎板缺损处周围肌肉丰富,椎板也为松质骨,局部血运良好,且骨膜移植后局部应力也较小,能促进骨膜间充质细胞向成骨转化[20]。自体骨膜取材方便、容易,没有排异反应,为材料的供应提供了方便。并且骨膜部分切除后对供区骨组织无明显影响,骨膜移植只取骨膜而不破坏骨骼其他结构,供区3周后有新的骨膜生长,其结构经组织学检查和原骨膜基本一致,经修复可再利用。本实验用自体骨膜植入椎板缺损处,防粘连效果与对照组比较粘连韧度评分、组织学评分明显优于对照组。

虽然川芎嗪对预防硬膜外粘连有较好的疗效,但川芎嗪术后吸收早,晚期来自后方的纤维组织仍可长入椎管内,使硬膜与瘢痕组织粘连。而自体骨膜的植入对来自椎板前方的瘢痕粘连效果较差。故在硬膜上涂抹川芎嗪的同时,再在椎板缺损处植入自体骨膜,既发挥了川芎嗪的止血、抗炎,抑制瘢痕组织形成,促进组织生理性愈合的作用,同时在晚期自体骨膜成骨后能有效地将瘢痕与硬膜隔离开来,从而很好地起到了防粘连的作用。既起到三维立体防护,又恢复了脊柱的连续性和稳定性,起到长期预防硬膜外粘连的作用。本组实验D组从组织学评分、粘连韧度评分及胶原纤维含量测定均优于 A、B、C组。因此,我们认为,用川芎嗪联合自体骨膜防止硬膜外粘连具有良好的效果,为临床脊柱外科术后防止硬膜外粘连提供了一种可参考的方法。

[1]Racz GB,Noe C,James E.Selective spinal injections for lower back pain[J].Curr Pain Headache Rep,1999,3(5):333-341.

[2]Ilbay K,Etus V,Yildiz K,et al.Topical application of mitomycin C prevents epineural scar formation in rats[J].Neurosurg Rev,2005,28(2):148-153.

[3]王秋根,高建章,刘植珊,等.高压氧对周围神经损伤再生作用的实验研究[J].解放军医学杂志,1991,16:332.

[4]Nussbaum CE,McDonald JV,Baggs RB.Use of vicryl mesh to limit epidural scar formation after faminectomy[J].Neurosurgery,1990,26(11):649-654.

[5]张永刚,卢世壁,王继芳,等.降解材料隔膜引导骨再生的实验研究[J].中华创伤杂志,1999,15(1):5-8.

[6]王正国.创伤愈合与组织修复[M].济南:山东科技出版社,1998:12.

[7]Key JA,Ford LT.Experimental intervertabral-disc lesion[J].J Bone Joint Surg(Am),1948,30:621-630.

[8]Larocca H,Maenab I.The laminectomy membrane:studies in its evolution,charexteristics effects and prophylaris in dogs[J].J Bone Joint Surg(Am),1974,56:545.

[9]Songer M N,Ghost L,Spencer DL.Effects of sodium by aluronate on peridual fibrosis after lumbar lamilectomy and discetomy[J].Spine,1990,15(6):550-554.

[10]Zou XN,Li HS,Egund N,et al.Inhibition of spinal fusion by use of a tissue ing rowth inhibitor[J].Eur Spine J,2004,13(2):157-163.

[11]史大卓.川芎嗪的药理作用诌议[J].中国中西医结合杂志,2003,23:377-378.

[12]姬成伟,刘晋敏,李亮成,等.川芎嗪阻抑大鼠肝纤维化作用实验研究[J].山西医科大学学报,2003,34(4):293-295.

[13]雷水生,唐省三,张端莲,等.川芎嗪对瘢痕成纤维细胞形态和增殖抑制的影响[J].齐齐哈尔医学院学报,2003,24(6):606-607.

[14]Zhang X,Xie C,Lin AS,et al.Periosteal progenitor cell fate in segmental cortical bone graft transplantations:implication for functional tissue engineering[J].J Bone Miner Res,2005,20(12):2124-2137.

[15]Ozdemir R,Ulusoy MG,Kocer U,et al.Evaluation of osteogenic and chondrogenic activities of prefabricated periallo grafts[J].J Craniofac Surg,2005,16(6):1015-1022.

[16]Zhu SJ,Choi BH,Huh JY,et al.A comparative qualitative histological analy sis of tissue-engineered bone using bone marrow mesenchymal stem cells,alveolar bone cells,and periosteal cells[J].Oral Surg Oral M ed Oral Pathol Oral Radiol Endol,2006,101(2):164-169.

[17]Eyckmans J,Luyten FP.Species specificity of ectopic bone formation using periosteum-derived mesenchymal progenitor cell[J].Tissue Eng,2006,12(8):2203-2213.

[18]Mase J,Mizuno H,Okada K,et al.Cryopreservation of cultured periosteum:effect of different cryoprotectants and pre-incubation protocols on cell viability and osteogenic potential[J].Cry obiology,2006,52(2):182-192.

[19]Ya-Wei L,Wei-Min W,Jian-He H,et al.Comparison the repair potential for cartilage defect in knee joints with different sourced free periosteal autografts in SD rats model[J].Chin J Clin Rehab,2004,8(2):366-367.

[20]Cabukoglu C,Yildirim Y,Kara H,et al.Effect of sagittal plane deformity after laminectomy:an experimental study in the rat[J].Spine,2004,29(20):2242-2247.